Расчет стабилизатора напряжения и выбор элементов схемы

Таблица 1– Исходные данные

Напряжение на выходе стабилизатора U_н, В	Ток нагрузки I_н, А	Коэффициент пульсаций напряжения К_п, %

3.1.1 Cоставим приблизительную схему компенсационного стабилизатора напряжения (рисунок 10). После проведения расчета данная схема будет доработана.

Данная схема состоит из регулирующего элемента, источника опорного напряжения и усилителя обратной связи. Роль регулирующего элемента играет комплиментарный транзистор (состоит из двух транзисторов VT2 и VT3). Источник опорного напряжения – VD1, R1, R2, VT1. Усилитель обратной связи – R4, VD2, VT4, R5, R6, R7.

Рисунок 10 – Схема стабилизатора с усилителем в цепи обратной связи

3.1.2 Определяем наименьшее напряжение на входе стабилизатора

, (3)

где – минимальное напряжение на регулирующем транзисторе VT3.

Исходя из того, что VT3 предположительно кремниевый, то выбираем в пределе 2…5 В.

Подставляя численные значения в формулу (3), получим

В.

3.1.3 Учитывая нестабильность входного напряжения на входе стабилизатора ±10%, находим среднее и максимальное напряжение на входе стабилизатора:

; (4)

. (5)

Подставляя численные значения в формулы (4) и (5), получим

В;

В.

3.1.4 Рассчитываем напряжение коллектор-эмиттер VT3

. (6)

Подставляя численные значения в формулу (6), получим

В.

3.1.5 Мощность, которая рассеивается на коллекторе транзистора VT3, равняется

. (7)

Подставляя численные значения в формулу (7), получим

Вт.

По полученным значениям , I_н, P₃ выбираем тип регулирующего транзистора VT3 и выписываем его параметры (таблица 2).

Таблица 2 − Параметры транзистора VT3

Тип прибора	I_к._max , А	P_к._max , Вт	U_кэ_max , В	h_21э	U_кэ.нас
КТ817А				40 – 70	0,6

3.1.6 Определяем ток базы транзистора VT3

, (8)

где – коэффициент передачи тока базы.

Подставляя численные значения в формулу (8), получим

А.

3.1.7 Определяем напряжение на эмиттерном переходе транзистора VT3 по выходным (рисунок 11) и входной характеристикам (рисунок 12).

Рисунок 11 – Семейство выходных характеристик транзистора КТ817А

Рисунок 12 – Входная характеристика транзистора КТ817А

Напряжение на эмиттерном переходе транзистора VT3

В.

3.1.8 Определяем начальные данные для выбора транзистора VT2. Рассчитываем напряжение коллектор-эмиттер VT2

. (9)

Подставляя численные значения в формулу (9), получим

В.

3.1.9 Ток коллектора VT2 состоит из тока базы VT3 и тока потерь, который протекает через резистор R3

. (10)

Подставляя численные значения в формулу (10), получим

А = 15,5 мА.

3.1.10 Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора VT2, равняется

. (11)

Подставляя численные значения в формулу (11), получим

Вт.

По полученным значениям , , Р₂ выбираем тип транзистора VT2 и выписываем его параметры (таблица 3).

Таблица 3 − Параметры транзистора VT2

Тип прибора	I_к._max , А	P_к._max , Вт	U_кэ_max , В	h_21э	U_кэ.нас
2Т603Б	0,3	0,5		40 – 70	0,6

3.1.11 Рассчитываем ток базы VT2

. (12)

Подставляя численные значения в формулу (12), получим

А = 0,23 мА.

3.1.12 Находим сопротивление резистора R3

, (13)

где – ток, протекающий через резистор R3.

Подставляя численные значения в формулу (13), получим

Ом .

Выбираем ближайший по стандарту номинал с учетом рассеиваемой на резисторе мощности:

. (14)

Подставляя численные значения в формулу (14), получим

Вт.

В соответствии с рядом Е24 выбираем резистор МЛТ-0,12 51 кОм ± 5%.

3.1.13 Источником эталонного напряжения берем параметрический стабилизатор напряжения на кремневом стабилитроне VD2 из расчета[4]:

В. (15)

Выбираем тип стабилитрона и выписываем его основные параметры (таблица 4).

Таблица 4 − Параметры полупроводникового стабилитрона

Тип	U_ст.ном, В	I_ст.м_in , мА	I_ст.ср, мА	I_ст.мах , мА	r_ст, Ом
КС218Ж		0,5	3,7	6,9

3.1.14 Вычисляем сопротивление резистора R4:

. (16)

Подставляя численные значения в формулу (16), получим

Ом.

3.1.15 Мощность, рассеиваемая на резисторе R4, равняется

. (17)

Подставляя численные значения в формулу (17), получим

Вт.

В соответствии с рядом Е24 выбираем резистор МЛТ-0,12 1,8 кОм ± 5%.

3.1.16 Определяем начальные данные для выбора транзистора VT4. Рассчитываем напряжение коллектор-эмиттер транзистора

. (18)

Подставляя численные значения в формулу (18), получим

В.

3.1.17 Задаем ток коллектора VT4 меньшим нежили средний стабилитрона VD2

А.

3.1.18 Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора VT4:

. (19)

Подставляя численные значения в формулу (19), получим

Вт.

По полученным значениям , , выбираем тип транзистора и выписываем его параметры (таблица 5)

Таблица 5 − Параметры транзистора VT4

Тип прибора	I_к._max , А	P_к._max , Вт	U_кэ_max , В	h_21э	U_кэ.нас
КТ312В	0,03	0,22			0,6

3.1.19 Рассчитываем ток базы VT4

. (20)

Подставляя численные значения в формулу (20), получим

Ток последовательно соединенных резисторов R5, R6, R7 берем равным

. (21)

3.1.20 Определяем суммарное сопротивление делителя:

Ом. (22)

3.1.21 Находим сопротивления резисторов:

Ом;

Ом; (23)

Ом.

В соответствии с рядом Е24 выбираем резистор R5 МЛТ-0,12 24 кОм ± 5%, резистор R7 типа МЛТ-0,12 51кОм ± 5%. Резистор R6 выбираем СП3-44 0,25 Вт 8,2 кОм.

3.1.22 Рабочее напряжение стабилитрона VD1 определяем из соотношения

. (24)

Подставляя численные значения в формулу (24), получим

В.

Выбираем тип стабилитрона и выписываем его основные параметры (таблица 6).

Таблица 6 − Параметры полупроводникового стабилитрона VD1

Тип прибора	U_ст.ном, В	I_ст.м_in , мА	I_ст.ср, мА	I_ст.мах , мА	r_ст, Ом
КС133А	3,3

3.1.23 Вычисляем сопротивление резистора R1:

. (25)

Подставляя численные значения в формулу (25), получим

Ом.

3.1.24 Мощность, рассеиваемая на резисторе R1, равняется

. (26)

Подставляя численные значения в формулу (26), получим

Вт.

В соответствии с рядом Е24 выбираем резистор МЛТ-0,12 680 Ом ± 5%.

3.1.25 Определяем начальные данные для выбора транзистора VT1. Рассчитываем ток коллектора транзистора VT1

. (27)

Подставляя численные значения в формулу (27), получим

А.

3.1.26 Находим напряжение коллектор-эмиттер VT1

, (28)

где – падение напряжения на резисторе R2.

Подставляя численные значения в формулу (28), получим

В.

3.1.27 Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзисторa VT1,

. (29)

Подставляя численные значения в формулу (29), получим

Вт.

По полученным значениям , , выбираем тип транзистора VT1 и выписываем его параметры (таблица 7)

Таблица 7 − Параметры транзистора VT1

Тип прибора	I_к._max , А	P_к._max , Вт	U_кэ_max , В	h_21э	U_кэ.нас
КТ312В	0,03	0,22			0,6

3.1.28 Рассчитываем сопротивление резистора R2

. (30)

Подставляя численные значения в формулу (30), получим

Ом.

3.1.29 Мощность, рассеиваемая на резисторе R2, равняется

. (31)

Подставляя численные значения в формулу (31), получим

Вт.

В соответствии с рядом Е24 выбираем резистор МЛТ-0,12 9,1 кОм ± 5%.

3.1.30 Определяем ток на входе стабилизатора:

; (32)

А.

3.1.31 Определяем коэффициент усиления напряжения усилителя:

, (33)

где – входное сопротивление транзистора VT4, равное 208,3 Ом.

Подставляя численные значения в формулу (33), получим

3.1.32 Рассчитываем величину пульсаций на выходе:

, (34)

где – коэффициент передачи напряжения транзистора, равный 3,84.

Подставляя численные значения в формулу (34), получим

В.

3.1.33 Рассчитываем коэффициент пульсаций:

. (35)

Подставляя численные значения в формулу (35), получим

3.1.34 Проверяем соответствие рассчитанных параметров заданным условиям:

; (36)

0,35% < 5%.

Найденные параметры удовлетворяют заданным условиям.